制氮机余氧回收应用技术.doc

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成都动力源科技有限公司
制氮机尾气回收利用—节能技术
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一、回收吸附制氮机常压解吸产生的富氧空气
拥有吸附制氮机的企业，在满足了使用氮气之外，同时排放了宝贵的资源——制氮解吸后的富氧空气。 制氮机排放的尾气是经过了过滤——压缩——净化——吸附——解吸——排放的过程，是洁净的、富含氧的，浓度在28%-32%左右，正好适合锅炉的富氧燃烧应用。投入些设备即可回收利用，经济效益可观，达到循环经济目的。

二、富氧燃烧技术简介

燃烧过程是空气中的氧参与燃料氧化并同时发出光和热的过程。富氧燃烧是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于空气中的氧浓度。富氧燃烧对所有燃料（包括气体、液体和固体）在绝大多数工业锅炉均适用。它既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能。
使用富氧燃烧技术在提高产能设备的热效率和节约能源方面将有着十分重要的意义。工业发达国家称之为“资源的创造性技术” 。

三、富氧燃烧节能机理

1.提高火焰温度
火焰温度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高。一般在 26%--33%的浓度最佳，由于温度提高了将有利于燃烧完全，能使火焰变短，提高燃烧强度， 加快燃烧速度。

图 1 氧浓度 21%时气体燃烧火焰及温度场

图 2 氧浓度 30%时气体燃烧火焰及温场

2.减少燃烧后的烟气量
不足原风量的 1%—3%的富氧气体可减少送引风量 10%—20%由于富氧气体可以使燃烧达到完全燃烧，在高浓度下，送风量减小，送风减少了冷风带入量，热效率得以提高，一般氧浓度能增加 1%烟气量下降 2%—2.5%节约了送风机的电能，同时引风量就相应减少，节约了引风机的电能，排烟热焓中包含了不参与燃烧空气的79%氮气被加热、放热、热交换后，最后以排烟温度的热焓排放给大气。这部分氮气并不产出热能，它只能带走一部分热能，而富氧燃烧技术的应用使氮气量减少，减少了热量的损失。
3.加快燃烧速度与促进燃烧完全

针对一定的化学反应 aA+bB → cC+dD，化学反应速度为 W=kCaACbB，在温度一定时k是一定的，化学反应速度仅与反应物 A、B 的浓度相关。增加氧气浓度势必会加快反应速度。同时反应速度提高后，反应放热速度增加，火焰温度也必然提高。
燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如 H2 在纯氧中的燃烧速度是在空气中的 2-4 倍，天然气则达 10.2 倍左右。用增氧助燃技术，不仅能提高 燃烧速度，获得较好的热传导，同时，温度提高后，有利于燃烧反应，促进燃烧完全，从根本上消除烟尘污染。
4．降低燃料的燃点温度
燃料的燃点温度不是常数，如 CO 在空气中的燃点为 609 ℃，而在纯氧中的燃点仅为 388 ℃。所以采用富氧燃烧能提高火焰强度和增加释放热量。
5.换热强度增大
由于富氧气体布置在火焰中心后端的滞氧区参与助燃，使火焰中心区扩大，辐射换热强度和对流换热强度也随之扩大，相当于增加了受热面积，加大锅炉出力。
6．辐射定律
由于富氧燃烧技术可使燃料燃点降低，燃烧完全而强烈，根据斯蒂芬-波尔兹曼定律：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比，因此获得辐 射能量大大提高，使窑炉整体热效率得以提高。
四、PSA制氮机富氧解吸气回收优化设计
富氧尾气回收存在两个难题：1、尾气排放的非线性，2、浓差变化不稳定。 根据这两个问题，我公司科研人员经过精心研究设计出一套完整的尾气回收系 统。在不影响制氮机正常工作的前提下，使其稳定、安全、快速的回收富氧尾气。
针对富氧解吸气是非线性排放的，我们设计一套调节系统，使其变为线性， 能够稳定输送应用。还针对富氧解吸气浓差变化不稳定问题，前端氧浓度高，在30%左右，后端由于氮气反吹过程，氧浓度相对降低，所以我们设计一套调制系统，使其氧浓度在 26%-28%左右。只有解决这两个问题，才能够稳定回收利用 富氧解吸气进行锅炉、窑炉富氧燃烧。
五、安全控制系统
富氧尾气回收装置的安全控制系统采用自动控制；原制氮机流程只做极小改动（管路流程不变，只增加控制阀）；确保原制氮机控制不变（新增回收设备控制程序与原制氮机控制程序间无切换，无连锁），确保不发生任何不安全因素。 吸附制氮机常常是在压力环境下进行的，它通常是由加压吸附、减压吸附剂再生（解吸）组成的吸附——解吸系统。在等温的情况下，利用加压吸附和减压 解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压（降至常压或抽真空）过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生。每个塔以一分钟一次的频率进行排放，本方案在收集的过程中采用专用风机收集排放的富氧尾气，并在 30-40 秒钟后使罐内压力 达到微负压，使解吸过程更加迅速、彻底，不会影响制氮机的正常运行，还保证了富氧尾气回收的条件。
六、综合评价
进行工业锅炉技术改造和设计上的更新换代的目的应是在确保安全的前提下，提高经济运行能力，提高效率与出力。根据燃烧学原理、燃烧特性及大量的试验室试验和现场实践证明，30%氧浓度是适宜的、安全的。具体实施方案是要改炉而不是改锅，增氧助燃是强化燃烧而不是改动受热面，所以该工艺的安装不改变锅炉的原有结构和工作状态，对锅炉的性能和安全无任何影响。
您拥有的变压吸附制氮机，在满足了用氮之外，也排放了宝贵的富氧资源， 投入些设备即可回收利用，获得可观经济效益。小投入，大回报。可将富氧气体 用于热能设备助燃，保守估算可获经济效益 5%以上。